超越加密：为什么量子计算可能带来科学繁荣而非网络安全灾难

去年八月，美国国家标准与技术研究院 (NIST) 发布了首批三项"后量子加密标准"，这些标准旨在抵御量子计算机的攻击。多年来，密码学专家一直担忧量子计算的出现可能会给传统加密方法带来灾难性影响。随着这项技术已明确出现在地平线上，NIST 的新标准代表着朝后量子防护迈出的第一个重要步伐。

但量子计算真的如传言所说那样对加密构成威胁吗？虽然量子计算机确实能够更快更容易地破解传统加密，但我们距离 1992 年电影《潜行者》中想象的"无秘密可言"解密设备还很遥远。由于能源需求和计算能力仍然是限制因素，那些能够接触到量子计算机的机构很可能会考虑将这项技术用于其他更有价值的领域—比如科学、制药和医疗保健。

还记得电子显微镜理论吗？

我在数字取证领域工作了很长时间，这让我对量子计算的挑战有了独特的见解。1996 年，Peter Gutman 发表了一篇题为《磁性和固态存储器中数据的安全删除》的白皮书，理论认为可以使用电子显微镜从硬盘驱动器中恢复已删除的数据。这是否可能？也许—但最终，这个过程将会非常繁琐、资源密集且不可靠。更重要的是，不久之后硬盘就开始以如此密集的方式存储信息，以至于即使是电子显微镜也无法恢复已删除的数据。

事实上，几乎没有证据表明电子显微镜曾经成功用于这个目的，现代测试也证实这种方法既不实用也不可靠。但恐惧是真实的—这促使美国国防部 (DOD) 发布了著名的"7 次擦写"数据删除方法，以消除电子显微镜理论上可能检测到的任何取证证据。我们是否应该对敏感或机密数据采取这种额外的预防措施？当然应该。但威胁并没有传言的那么可怕。在量子计算方面，我们可能正在走上类似的道路。

量子计算的现实情况

首先，重要的是要理解量子计算的工作原理。尽管电影喜欢这样描绘黑客，但它并不是一根能立即终结我们所知的密码学的魔杖。它仍需要输入单独的消息并被指派破解加密—这意味着攻击者需要相当清楚哪些消息包含有价值的信息。这听起来可能很容易，但每天发送的电子邮件超过 3000 亿封，还有数万亿条短信。虽然有办法缩小搜索范围，但这仍然需要攻击者投入大量的计算能力。

这就引出了真正的问题：计算能力并非无限。量子计算处于技术的前沿，这意味着普通的脚本小子或黑客组织无法接触到它。只有国家级参与者和像 Google、Microsoft 以及 AI 公司这样的大企业才能接触到量子计算机（以及运行它们所需的能源）。简单来说，量子计算最初将会很昂贵，而且不会像许多人所说的那样快速进入市场—这意味着国家只能拥有有限的计算能力。那么问题来了：破解加密协议真的是他们计划将计算能力用于的目标吗？

量子计算的真正用例

答案是一个强烈的...也许。对我来说，量子计算的真正优势在于研究、经济竞争和全球影响力。这并不意味着如果敌对国家掌握了他们知道很有价值的东西，量子计算机就不会被用来破解加密—但这不会是该技术的主要用途。这样想：如果你是一个可以使用地球上最先进计算机模型的外国势力，你会将它们用于什么？是在数百万加密通信中进行大海捞针式的搜索，还是将这宝贵的时间、能源和计算能力用于治愈癌症、消除痴呆症或创造先进的新材料？对我来说，这是显而易见的。个别攻击者可能追求短期利益，但国家会考虑更长远的利益。

量子计算很可能推动新材料和催化剂开发方面的重大突破，从而创造出更强、更轻的制造业复合材料和更具反应性的化学过程催化剂。仅这一点就有可能彻底革新多个行业，为部署该技术的国家带来更大的长期收益。量子计算在制药行业也显示出前景，帮助研究人员在更短的时间内开发出更有效的药物和其他治疗方法。该技术甚至被用于增强太空旅行能力，通过实现更快的轨道计算，使导航更准确并优化燃料使用。

这归结为成本效益分析。在可预见的未来，只有国家和大型企业才能接触到量子计算—当他们可以用它来提升经济产出和主导金融市场时，他们真的会将有限的计算能力用于破解加密算法吗？这并不是说量子计算的每个用例都是好的—在错误的人手中，它当然可能被用于危险的目的。但在如此关注所谓即将来临的"量子末日"的情况下，背景很重要。

破解加密是否在量子计算的用例清单上？是的。但它并不在清单的前列。因此，在我们花费数十亿美元来彻底替换目前使用的每一个密码算法之前，也许是时候深呼吸一下，考虑一下量子计算将如何真正被使用了。

Rob Lee 是 SANS Institute 的研究主管兼教师主管。